Investigadors britànics han desenvolupat una membrana ceràmica de fibra buida combinada amb oxidació fotocatalítica per tractar les aigües residuals de les plantes d'oli de palma. La indústria de l'oli de palma és un pilar de l'agricultura global, però les aigües residuals de les plantes d'oli de palma (POME) produïdes durant la producció tenen una elevada càrrega orgànica i un color profund, fet que fa que els tractaments biològics i fisicoquímics tradicionals siguin insuficients per complir els estàndards. L'abocament directe comportaria eutrofització i danys ecològics. Els investigadors han desenvolupat una membrana de fibra buida ceràmica de mullita de doble capa de TiO₂-incrustada-per resoldre els problemes del tractament POME profund i l'encrassement de la membrana.
I. Disseny Experimental i Mètode de Preparació
1.Materials i estructura: la capa interior és de mullita pura, proporcionant suport mecànic i un substrat de filtració; la capa exterior és de mullita + 1~4% en pes de TiO₂, que imparteix activitat fotocatalítica.
2.Procés de preparació: s'utilitza un mètode de transformació de fase + co-sinterització. La sinterització a 1350 graus elimina el problema de la delaminació de doble-capa, i l'estructura de fibra buida es prepara mitjançant l'emmotllament per co-extrusió.
3. Dades de la membrana: gruix de la membrana acabada (després de la sinterització): membrana d'una-capa (SL): 900 μm, membrana bicapa: 1090–1310 μm; Longitud de la membrana utilitzada per a les proves: 10 cm per a les proves de fotocatàlisi, 7 cm per a les proves de tall de flux/retenció.
II. Resultats de la recerca
1.Estructura i correlació de rendiment: la membrana bicapa presenta una unió estreta sense delaminació i el TiO₂ es carrega amb èxit, amb el contingut de Ti augmentant fins al 3,76% amb l'addició creixent . 3% en pes de TiO₂ (DL3) mostra la resistència a la flexió més alta (16,34 MPa) i la millor estabilitat mecànica; El 4% en pes de TiO₂ (DL4) té la mida de porus més petita (28,25 nm), pertanyent al nivell d'ultrafiltració. La càrrega de TiO₂ redueix la porositat i el flux d'aigua pura, però millora significativament l'antifouling i l'estabilitat del flux.
2.Separació i efectes fotocatalítics: la membrana bicapa és molt superior a la membrana d'una-capa, amb una taxa de retenció de DL₃ del 54,50%, en comparació amb només l'11,27%-19,32% de la membrana d'una-capa.
- Eliminació de contaminants: DL4 va funcionar millor sota llum UV, aconseguint una taxa d'eliminació de COD del 44,92% i una taxa d'eliminació de color del 52,40%, amb un flux de 18,90 L/(m²・h・bar).
- Estabilitat i antifouling: DL3 i DL4 van mostrar una taxa de recuperació de flux (FRR) i un índex d'estabilitat (SI) significativament més alts, mantenint-se estables fins i tot després de tres cicles, demostrant un rendiment d'auto-neteja excepcional.
- Les membranes d'una-capa pateixen una incrustació severa i una forta caiguda del flux, mentre que les membranes de doble-capa alleugen significativament la contaminació de la membrana a causa de la degradació fotocatalítica de TiO₂ dels contaminants.
III. Avantatges, desavantatges i perspectives de futur
Avantatges innovadors
- L'estructura de doble-capa equilibra la resistència mecànica, el rendiment de filtració i l'activitat fotocatalítica, solucionant el problema de la separació i recuperació del TiO₂.
- Les membranes ceràmiques són resistents als àcids, àlcalis i altes temperatures, la qual cosa les fa més adequades per a aplicacions d'aigües residuals industrials que les membranes de polímer.
- Les propietats d'auto{0}neteja redueixen la freqüència de neteja.
Direccions futures
- Optimitzeu la càrrega de TiO₂, la temperatura de sinterització i la mida dels porus de la membrana per millorar l'eficiència de degradació.
- El dopatge amb N i Zr amplia el rang de fotoresposta, permetent la fotocatàlisi de la llum visible.
- El procés de fabricació es va ampliar i es va dur a terme una verificació operativa a-escala pilot i-a llarg termini.
IV. Resum
Es va preparar amb èxit una membrana ceràmica de fibra buida de mullita bicapa incrustada amb TiO₂- per al tractament d'aigües residuals de plantes d'oli de palma, aconseguint efectes sinèrgics de separació per filtració i degradació fotocatalítica. Presenta avantatges importants en l'anti-incrustació, l'estabilitat i l'auto{3}}neteja. Aquesta tecnologia proporciona una solució sostenible per al tractament profund de les aigües residuals d'oli de palma i ofereix una referència important per al disseny i l'aplicació de membranes fotocatalítiques-ceràmiques.